研究：病毒利用来自环境的信息来“决定”何时在宿主体内停留、繁殖和爆发

发表于 1年以前 | 总阅读数：441 次

病毒感知其环境的能力，包括其宿主产生的元素，为病毒-宿主的互动增加了“另一层复杂性”，Ivan Erill说。他是这篇新论文的资深作者和UMBC的生物科学教授。现在，病毒正在利用这种能力为它们带来好处。但他说，在未来，“我们可以利用它来损害它们”。

这项新的研究侧重于噬菌体。它们是感染细菌的病毒。在这项研究中，所分析的噬菌体只有在细菌细胞具有特殊的附属物时才能感染它们的宿主，这些附属物称为菌毛和鞭毛，帮助细菌移动和交配。细菌产生一种叫做CtrA的蛋白质，控制它们何时产生这些附属物。该研究显示，许多依赖附属物的噬菌体在其DNA中具有CtrA蛋白可以附着的模式，称为结合点。Erill说，一个噬菌体有一个由其宿主产生的蛋白质的结合点是不寻常的。

更令人惊讶的是，Erill和该论文的第一作者埃里尔实验室的博士生Elia Mascolo通过详细的基因组分析发现，这些结合位点并不是单一的噬菌体所独有的，甚至不是单一的噬菌体群。许多不同类型的噬菌体都有CtrA结合位点--但它们都需要其宿主有菌毛或鞭毛来感染它们。他们认为，这不可能是一个巧合。

Erill说，监测CtrA水平的能力“在整个进化过程中已经被感染不同细菌的不同噬菌体发明了多次”。当远缘物种表现出类似的特征时，这被称为趋同进化--它表明该特征肯定是有用的。

科学家们确定了CtrA结合位点的第一个噬菌体感染了一个特殊的细菌群体，叫做柄杆菌目。柄杆菌目是一个研究得特别好的细菌群体，因为它们以两种形式存在：一种是自由游动的"游动者"形式，另一种是附着在表面的"有柄"形式。游动者有菌毛/鞭毛，而菌柄则没有。在这些细菌中，CtrA还调节细胞周期，决定一个细胞是均匀地分裂成两个相同类型的细胞，还是不对称地分裂，产生一个游动细胞和一个有柄细胞。

由于噬菌体只能感染更大量的细胞，因此只有在有许多更大量的细胞可供感染时才从宿主中爆发出来才符合它们的最大利益。一般来说，大肠杆菌生活在营养贫乏的环境中，而且它们非常分散。“但是当它们找到一个好的微生境口袋时，它们就会变成有柄细胞并增殖，”Erill说，最终产生大量的细胞。

因此，“我们假设噬菌体正在监测CtrA水平，该水平在细胞的生命周期中不断上升和下降，以弄清楚什么时候游动细胞成为一个柄状细胞并成为‘工厂’，”Erill说，“在那一点上，它们爆裂细胞，因为附近会有许多游动细胞可以感染。”

不幸的是，证明这一假设的方法是极其困难和费力的，所以这不是这篇最新论文的一部分--尽管Erill及其同事希望在未来解决这一问题。然而，研究小组认为没有其他合理的解释可以解释这么多不同的噬菌体上的CtrA结合点的扩散，所有这些噬菌体都需要菌毛/鞭毛来感染其宿主。他们指出，更有趣的是对感染其他生物体--甚至是人类的病毒的影响。

Erill他说：“我们对噬菌体所了解的一切，它们所开发的每一种进化策略，都被证明可以转化为感染植物和动物的病毒。这几乎是一个既定事实。因此，如果噬菌体正在‘监听’它们的宿主，那么影响人类的病毒也一定会这样做。”

还有一些其他记录在案的例子，说明噬菌体以有趣的方式监测它们的环境，但没有一个例子包括这么多不同的噬菌体对这么多细菌宿主采用同样的策略。